리튬 이온 배터리는, 그래서 많은 연구자들은 리튬 이온 배터리의 성능을 향상시키기 위해 첨단 소재의 사용에 관심이있는 등 스마트 폰, 노트북 및 성장 전기 자동차를 포함한 다양한 장치의 핵심 그들 가볍고 더 컴팩트하게 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 텍사스 엔지니어들은 더 빠르게 생성 할 수 동안에도, 주석의 새로운 알루미늄 합금은 세 가지 영역에서 역할을 개발 생산 비용을 절감했다.
수년에 걸쳐, 리튬 이온 전지의 대량 생산이 양극으로 구리와 흑연에 의존하고있다. 지난 몇 년 동안, 연구자들은 예를 들어, 생산 및 제한된 저장 용량의 높은 비용 (를 포함하여 이러한 자료의 한계를 극복 할 수있는 대체 물질을 찾고있다, 실리콘은 다른 일련의 문제를 구성 함에도 불구하고 에너지를 10 배 저장할 수 있습니다.
흑연은 동박에 코팅되는 힘든 여러 단계의 프로세스가 오늘 양극입니다 만들기. 그러나, 오스틴 재료 과학자와 새로운 연구의 주 저자로, 텍사스 칼 크리더 대학은 제조 공정 및 배터리 자체에 설명 이렇게하면 비효율적 일 수 있습니다.
Kreder는 "활물질 (흑연)이 불활성 전류 컬렉터 (구리) 상단에 코팅되어 전류 컬렉터와 활물질을 결합하여 시스템의 부피와 비 활성 물질의 품질을 높여 주며 높은 용량 비활성 물질 수집 물질을 적게 사용하는 활성 물질.
이는 Kreder와 그의 팀에 의해 성가신 코팅 공정을 제거하는 단순화 된 제조 공정을 통해 달성됩니다. 주석을 조각으로 주조 할 때 주석을 알루미늄에 직접 추가하여 기계적으로 합금을 형성 할 수 있습니다 롤링 (상대적으로 저렴하고 정상적인 야금 합금 공정)은 나노 구조의 금속 호일이며 최종 단계에서 재료의 입자를 줄이는 것이 중요합니다.
Kreder는 "주석은 리튬과 합금을 형성 할 수 있습니다. 불행히도 주석을 사용하거나 심지어 마이크로 미터 크기의 주석 입자를 사용하면 리튬과 합금을 형성 할 때 부피 팽창으로 인해 사이클이 진행될 때 주석이 깨집니다. 주석 입자 중 배터리는 수십 개의 충전 및 방전 사이클을 유지하지만, 나노 크기의 주석 입자를 제조하는 경우 합금화 과정에서 입자가 분열되지 않습니다.
연구팀은이 물질을 기존의 양극 재료의 두께의 1/4에 불과한 것으로 간주하고 기존 소재의 절반에 불과한 무게를 지닌 교차 공융 합금 (Idac) 애노드라고 명명했으며, 소형 리튬 이온 배터리 애노드 재료를 시험 한 다음, 충전 및 방전하여 성능을 측정 한 결과, 애노드는 종래의 구리 - 흑연 애노드의 2 배의 전력 저장 용량을 갖는 것으로 밝혀졌다.
클라이드는 다음과 같이 말했다. "이것은 좋은 이유 때문에 이루어진다. 원소들 중 하나는 활성 주석이고 다른 하나는 불활성 알루미늄이다."알루미늄은 주석이 유지되고 알루미늄이 제공하는 전도성 매트릭스를 만든다. 구조와 전기 전도성, 주석이 배터리를 순환시킬 때 리튬과 합금 및 탈 합금 함.
팀 지도자 중 한 명인 Texas Institute of Materials의 Arumugam Manthiram 이사는 "값 싸고 확장 가능한 전극 나노 물질 제조 공정을 개발하는 것이 매우 흥미 롭다. 이 소재는 리튬 이온 배터리의 상용화에 필요한 성능을 성공적으로 이끌어 냈습니다. '
이 연구는 ACS Energy Letters에 발표되었습니다.
